下部消化管外科学

下部消化管外科学講座は、2024年4月に外科学講座から分離・独立し、大腸癌を中心とする下部消化管疾患の診療、研究および教育を担っています。

当講座では、腹腔鏡手術およびロボット支援手術を中心とした低侵襲手術に加え、薬物療法、放射線治療、周術期治療を組み合わせた集学的治療を積極的に行っています。特に直腸癌に対しては、根治性を確保しながら肛門機能や排尿・性機能を可能な限り温存する精緻なロボット手術に取り組むとともに、集学的治療にも積極的に取り組んでおり、Total Neoadjuvant Therapy（TNT）や、治療効果が良好な患者さんに対して手術を行わず直腸温存を目指すNon-operative Management（NOM）を導入しています。また、切除可能な大腸癌だけでなく、再発・転移性大腸癌や腹膜播種に対しても、薬物療法、外科治療、放射線治療を組み合わせ、患者さん一人ひとりの病状に応じた治療を行っています。内科学第三講座、放射線科、病理診断科、緩和ケア科をはじめとする多くの診療科と密接に連携し、診断から治療、療養支援までを含めた包括的な癌診療を実践しています。

研究面では、多施設共同臨床試験や国際共同研究を積極的に推進し、腫瘍浸潤環境などの基礎研究、直腸癌の集学的治療、ICG蛍光法を用いた腸管血流評価、手術支援AI、ロボット手術の標準化などの分野で、国内外に研究成果を発信しています。

今後も、安全性、根治性、低侵襲性、機能温存および患者さんの生活の質を重視し、すべての患者さんに最適な大腸癌治療を提供することを目指します。同時に、次世代の外科医・研究者を育成し、診療、研究、教育を通じて大腸癌を中心とする下部消消化管疾患の治療のさらなる発展に貢献してまいります。

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現在の研究テーマ

1．AI・デジタル技術を活用した手術支援システムの開発

近年、外科手術においても人工知能（AI）、深層学習、コンピュータビジョンを活用した手術支援技術の開発が急速に進んでいます。当講座では、腹腔鏡手術およびロボット支援手術の動画をAIで解析し、手術工程、解剖学的構造、剥離層、神経・血管などを自動認識する手術支援システムの開発を進めています。また、手術動画から手術時間、手術難易度、術中リスクおよび術後合併症を予測する研究にも取り組んでいます。さらに、ICG蛍光画像や通常の手術画像を用いて腸管血流を自動解析し、安全な腸管切離位置を提示するAIモデルの開発を行っています。これらの研究を通じて、手術の安全性向上、術式の標準化、若手外科医の教育および将来の自動化手術につながるデジタルサージェリーの実現を目指します。

2．直腸癌に対する集学的治療と臓器温存治療の開発

局所進行直腸癌に対しては、放射線治療と化学療法を手術前に行うTotal Neoadjuvant Therapy（TNT）が普及し、遠隔転移の抑制と治療成績の向上が期待されています。また、TNT後に臨床的完全奏効（clinical complete response：cCR）が得られた患者さんでは、直ちに手術を行わず、厳密な経過観察を行うNon-operative Management（NOM）によって直腸を温存できる可能性があります。当講座では、TNTの治療順序、治療強度、免疫療法との併用、治療効果判定およびNOMの安全な導入について研究しています。MRI、内視鏡、病理所見、循環腫瘍DNA（ctDNA）、腫瘍遺伝子情報などを統合し、治療前および治療中に効果を予測することで、患者さんごとに最適な治療を選択するPrecision Medicineの確立を目指します。

3．患者由来直腸癌オルガノイドを用いたTotal Neoadjuvant Therapy（TNT）効果予測モデルの構築と個別化治療戦略の開発

現在、TNTの治療効果を治療開始前に高精度に予測する方法は確立されていません。そのため、TNTを施行しても十分な効果が得られず、治療に伴う有害事象、医療費、通院期間などが患者さんの負担となる場合があります。本研究では、患者由来オルガノイド（patient-derived organoid：PDO）における放射線および抗癌剤感受性が、個々の患者さんのTNT治療効果を予測できるという学術的仮説を検証します。研究の中核は、①治療前生検組織からのPDOの安定した樹立、②臨床で行われる放射線療法と化学療法をex vivoで再現する「PDO-TNTモデル」の構築、③PDO-TNTモデルで得られた治療反応と、実臨床におけるTNTの治療効果との比較・検証です。

PDO-TNTモデルによって治療開始前にTNT感受性を評価できれば、TNTによる高い治療効果が期待される患者さんを選別するとともに、治療抵抗性が予測される患者さんでは効果の乏しい術前治療を回避できる可能性があります。さらに、TNT後に臨床的完全奏効が得られ、Non-operative Management（NOM）による臓器温存を達成できる可能性についても、治療前に予測できることが期待されます。
本研究を通じて、局所進行直腸癌患者一人ひとりの腫瘍特性に応じて治療方針を選択する個別化治療プラットフォームを構築し、Precision Oncologyの実現を目指します。

4．ロボット支援手術の標準化と機能温存手術の開発

ロボット支援手術は、多関節機能、安定した高精細三次元画像および繊細な操作性を備え、直腸癌だけでなく結腸癌にも急速に普及しています。当講座では、複数のロボット手術支援システムを用い、直腸癌に対する精緻な直腸間膜全切除、側方リンパ節郭清、括約筋温存手術、結腸癌に対する体腔内吻合などの手術手技を開発・標準化しています。特に、骨盤自律神経、神経血管束、腎筋膜、癒合筋膜、臓側固有筋膜などの解剖学的構造を正確に理解し、ロボットの多関節機能を最大限に活用することで、根治性を保ちながら排尿・性機能および肛門機能を温存する手術の確立を目指します。

5．腸管血流の定量評価による縫合不全予防

大腸癌手術後の縫合不全は、再手術、長期入院、局所再発および予後に影響を及ぼす重大な合併症です。吻合部の血流は縫合不全に関係する重要な因子であり、ICG蛍光法を用いた腸管血流評価が広く行われています。当講座では、ICG蛍光画像を術者が目視で判断する定性的評価に加え、蛍光強度や蛍光到達時間を数値化する定量的血流評価法の研究を進めています。多施設前向き試験や国際共同研究を通じて、腸管血流評価の標準化と、客観的な切離位置決定アルゴリズムの確立に取り組んでいます。さらに、定量的蛍光情報をAIに学習させ、専用機器がない環境でも安全な切離位置を提示できる手術支援技術を開発し、縫合不全のさらなる低減を目指します。

6．解剖学的・リンパ流解析に基づく最適なリンパ節郭清の開発

結腸癌のリンパ流や支配血管には個人差があり、特に肝弯曲部、横行結腸および脾弯曲部の癌では、最適な郭清範囲について未解明な点が残されています。当講座では、術前画像、術中所見、ICG蛍光リンパ流評価および切除標本の病理学的解析を組み合わせ、腫瘍部位ごとのリンパ流とリンパ節転移経路を研究しています。必要十分な郭清範囲を明らかにすることで、根治性と低侵襲性を両立した個別化手術を目指します。

7. がん先進部における浸潤突起の形成とがん間質反応との関係性、さらに転移・浸潤形態の解明

大腸癌は罹患率・死亡率ともに高く、予後を正確に層別化し、適切な治療選択につなげることは重要な課題です。大腸癌関連死の主な原因である転移には、癌細胞の浸潤能が深く関与しています。腫瘍微小環境（tumor microenvironment：TME）では、細胞外マトリックス（extracellular matrix：ECM）の分解に関与するInvadopodia（アクチンに富む浸潤突起）の形成が、癌細胞の浸潤・転移を促進することが報告されています。また、TMEにおける間質反応であるDesmoplastic Reaction（DR）は、コラーゲン、線維芽細胞、その他の間質細胞の沈着を特徴とし、成熟度によりMature、Intermediate、Immatureの3型に分類されます。なかでもImmature型（DR-IM）は粘液状間質を特徴とし、予後不良および再発の重要な因子です。当講座では、自施設データベースを用いてDR-IMを組み込んだノモグラムを構築し、既存の病期分類よりも優れた予後層別化能を報告してきました。現在は、浸潤突起形成とECM分解酵素、成長因子、癌関連線維芽細胞（CAF）、腫瘍関連マクロファージとの関連を解析し、DR-IMが予後不良となる分子機序の解明に取り組んでいます。さらに、脂質を豊富に含むCAFが大腸癌の独立した予後不良因子であることに着目し、NRF2／Keap1経路の活性化による脂質代謝亢進、CD36を介した脂質輸送、MMPによるECMリモデリング、癌幹細胞性との関連を、空間トランスクリプトーム解析や多重免疫染色を用いて検討しています。これにより、CAFと癌細胞のクロストークを明らかにし、新たな治療標的の創出を目指します。

8．体系的な外科教育と手術シミュレーション法の開発

高度な腹腔鏡手術やロボット支援手術を安全に普及させるためには、体系的な教育と客観的な技能評価が必要です。当講座では、関西医科大学シミュレーションセンターを活用し、ドライラボ、ウェットラボ、手術動画、バーチャルシミュレーターおよび実機を組み合わせた教育プログラムを実施しています。手術を複数の工程に分け、習熟度に応じて段階的に手技を習得する教育法や、AIを用いて鉗子操作、剥離層、手術速度などを客観的に評価する方法を開発しています。医学生、研修医、外科専攻医から専門医まで、各段階に応じた教育体制を構築し、安全で質の高い手術を次世代に伝承するとともに、国内外で活躍する外科医・研究者の育成を目指します。